Tangensgalvanométer
1820-ban egy dán fizikus Hans Christian Oersted észrevette, hogy az árammal átjárt vezetõ közelében elhelyezett iránytû az áram hatására elfordul. Megállapította, hogy az elektromos áram mágneses teret létesít. Még ugyan ebben az évben ezt a jelenséget Jean Baptiste Biot és Felix Savart tovább kutatta és a jelenség kvantitatív leírását is megadta. A hatás gyenge volt, többen kísérleteztek a hatás felerõsítésével. Elõször az áramerõsség növelésével próbálkoztak, majd Schweiggernek az az ötlete támadt, hogy ha ugyanazt az áramot többször egymás után vezeti el a mágnestû mellett, akkor az áram mágneses hatását megsokszorozhatja. Egy négyszögletes fakeretre szigetelt huzalt csévélt fel. Egy sokmenetû, négyszögletes tekercset kapott, amely belsejében összegzõdött az egyes menetek mágneses tere. Így már sokkal kissebb áramerõsség is elegendõ volt ugyanolyan mérvû iránytû elforduláshoz. Az árammal átjárt vezetõkeret mágneses tere merõleges a keret síkjára, tehát a legjobban akkor fejtheti ki a hatását az iránytûre, ha mágneses tere merõleges a Föld mágneses terére. Az áram bekapcsolásakor, a tekercs belsejében a mágneses tér a Föld mágneses terének és az áram mágneses terének vektori összege lesz.
A bekapcsolás után az iránytû az eredõ mágnesestér irányába áll be, - a kezdeti lengések csillapodása után. Innen ered a kézenfekvõ gondolat, hogy a Föld mágneses terét, az áram által létesített mágneses térrel összehasonlítva árammérésre lehet felhasználni.
Szükséges anyagok:
Az elkészítés menete:
A gyufásdoboz tetejének középsõ harmadát a képen látható módon ki kell vágni. A vezetéket a megmaradt részrekre kell feltekerni.
A menetek felét a gyufásdoboz egyik felére, a másik felét a másik felére. A jobb és a baloldali meneteket azonos irányban kell csévélni (minden menet mágneses mezeje azonos irányú legyen), közöttük a vezetéket ne szakítsuk meg (folytonosan tekercseljük). A vezetéket több helyen pillanatragasztóval rögzítsük a dobozhoz. A menetszám megválasztásakor gondoljunk a bevezetõben írtakra! A menetszám növelése esetén növekszik a mûszer érzékenysége! A képen látható tangensgalvanométerre 50 menetet csévéltem, ezzel közel 90 fokos elfordulást értem el, ha egy 0,2W teljesítményû 4,5V-os zseblámpa izzó áramát mértem (0,04A)! A vezeték végeit tegyük vezetõvé, szereljünk rá banándugót, vagy krokodil csipeszt, hogy könnyen lehessen beiktatni az áramkörbe.
A radírból a gombostûbõl, a kör alakúra kivágott papírból (ez lesz a skála), és a rombusz alakú acéllemezbõl készítjük el az iránytût. Az iránytû mutatóját könnyen elkészíthetjük egy megunt, vagy eltört acél mérõszalagból. Elsõként egy akkora darabot vágjunk ki belõle amely még elfordulhat a doboz belsejében. A közepére egy vékony szeggel üssünk egy mélyedést, vigyázzunk arra, hogy ne lyukasszuk ki. Majd szimmetrikusan vágjuk rombusz alakúra. Helyezzük a lemezt egy tûre, úgy hogy a mélyedés felfelé domborodjon és a tû hegye a domborulat belsejében támassza alá a lemezt, így ellenõrizhetjük, hogy a lemezt jól vágtuk-e ki.
A helyesen kivágott lemez vízszintesen fog állni. Csak ezután mágnesezzük fel a lemezt! Egy mágnes északi végét a lemez közepétõl a végéig többször húzzuk végig, fordítsuk meg a lemezt és a mágnest is és most a déli végét húzzuk többször a közepétõl a végéig. Ne csodálkozzunk azon, hogy a lemez a mágnesezés után már nem vizszintesen fog állni. Ennek az az oka, hogy a Föld mágneses tere nem vizszintes. Ezt a szögeltérést nevezik inklinációnak. A Föld mágneses tere olyan - amelyet elsõként Karl Friedrich Gauss mérési adatokból számolta ki - mintha a középpontjának közelében egy az ábra szerinti rúdmágnes lenne.
Az ábrán HFöld földmágneses térerõsség a H a mágneses tér horizontális intenzitása, V a vertikális intenzitása. Az ábrából jól látszik hogy a földrajzi helytõl függ a földmágneses térerõsség, Budapesten az értéke H = 0,2 Oersted, az inklináció szöge I = 63,3°. Szúrjuk át a tût a radír közepén. Erre szúrjuk fel a skálát. A skálát érdemes fokbeosztás helyett rögtön a szög tangensével feliratozni, mert ugyis ezzel az értékkel kell majd számolni.
Ha van lehetõségünk akkor ismert áramokkal is kalibrálhatjuk a skálát mindjárt áramerõsség beosztásúra. A tû kiálló végére helyezzük rá a rombusz alakúra kivágott vékony acéllemezt (melyet elõzõleg felmágnesezünk). Így kész van az iránytû is. Persze, ha akad a kéznél kész iránytû akkor használható az is. A gyufáskatulya (vagy a doboz) közepébe kell behelyezni az iránytût, és mérésre kész a tangensgalvanométer.
Használat:
A gyufásdobozt úgy állítsuk be, hogy az iránytû normál (áram mentes) állapotban merõleges legyen a gyufásdoboz hosszabbik tengelyére, és a skála 0 jelére mutasson. A mûszer két kivezetését be kell kötni az áramkörbe. A lengések lecsillapodása után le kell olvasni az iránytû elfordulását.
Néhány megjegyzés és tanács a mérésekhez:
Ez a "mûszer" nagyon érzékeny a közelében lévõ acél és mágnes tartalmú tárgyakra. Éppen ezért, mérés elõtt legyünk figyelemmel, milyen tárgyak vannak a közelben. Ennek fõleg akkor van jelentõssége, ha már "hitelesített" az eszköz. Egy másik, szinte páratlan tulajdonsága az eszköznek, hogy igen nagy áramok sem tudják tönkre tenni. A leolvasás pontosságát növelhetjük, ha mindíg az iránytûre merõlegesen olvassuk le a mutatott értéket (paralaxis hiba!).
Felhasznált irodalom: